JP2015024440A - Laser welding device for repair - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、橋梁や建築物等の既設構造物の構造部材に生じた亀裂の補修に用いるのに好適な補修用レーザ溶接装置に関するものである。 The present invention relates to a repair laser welding apparatus suitable for repairing a crack generated in a structural member of an existing structure such as a bridge or a building.
従来、橋梁や建築物等の既設構造物の鋼材(構造部材)に、経年劣化や金属疲労によって亀裂が発生した場合には、例えば、レーザ光を用いた溶接補修装置を採用して、亀裂が生じている溶接補修箇所にレーザ光を照射することで、この溶接補修箇所を溶融させて亀裂を消去するようにしていた(特許文献1参照)。 Conventionally, when a crack has occurred in a steel material (structural member) of an existing structure such as a bridge or a building due to aged deterioration or metal fatigue, for example, a welding repair device using a laser beam has been adopted. By irradiating the generated welding repair location with laser light, the weld repair location is melted to eliminate the crack (see Patent Document 1).
上記した構造部材に生じた亀裂の補修には、まず第1に亀裂を残さないことが要求される。したがって、上記した溶接補修装置によって亀裂をなくす場合には、溶接補修箇所への入熱量を多目に設定した溶接が行われるが、レーザ光を下方に向けて照射する、いわゆる下向き姿勢での溶接では、溶接補修箇所への入熱量が多すぎると溶け落ちが生じてしまう。 In repairing a crack generated in the above-described structural member, first, it is required not to leave a crack. Therefore, when cracks are eliminated by the above-mentioned welding repair device, welding is performed with a large amount of heat input to the weld repair location, but welding in a so-called downward posture is performed by irradiating laser light downward. Then, if there is too much heat input to the welding repair location, it will melt off.
つまり、上記した従来のレーザ光を用いた溶接補修装置では、下向き姿勢での溶接の場合において、亀裂を残さず且つ溶け落ちを生じさせずに溶接を行うことが容易ではないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。 In other words, in the welding repair device using the conventional laser beam described above, in the case of welding in a downward posture, there is a problem that it is not easy to perform the welding without leaving a crack and causing no burnout, Solving this problem has been a conventional problem.
本発明は、上記したような従来の課題を解決するためになされたもので、溶接姿勢が例え下向きであったとしても、溶け落ちを生じさせることなく簡単且つ確実に亀裂を消去することが可能な補修用レーザ溶接装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and even if the welding posture is downward, it is possible to easily and reliably eliminate cracks without causing melting. An object of the present invention is to provide a laser welding apparatus for repair.
上記した目的を達成するために成された本発明の請求項1に係る発明は、既設構造物の構造部材に生じた亀裂を溶接により溶融させて消去する補修用レーザ溶接装置であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から供給されるレーザ光を集光して前記亀裂が生じている補修箇所に照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドを前記補修箇所に沿って移動させる駆動部と、溶接速度,レーザ出力及びスポット径をコントロールする制御部と、溶接施工後の好ましい断面形状における溶け込み深さを前記構造部材の厚みで除して表される形状指標を有するデータベースを備え、前記データベースには、前記形状指標に基づいて良好と判定される場合の補修条件である下向き姿勢や横向き姿勢等の溶接の姿勢,前記構造部材の厚み及び前記構造部材の材質と、この補修条件に対応する溶接施工条件としての溶接速度,レーザ出力,スポット径及びシールドガスの影響がデータとして蓄積され、前記データベースは、前記構造部材に生じている亀裂を補修するにあたって前記補修条件が入力されることで、該データベースに蓄積した前記溶接施工条件の中から、入力された前記補修条件に対応する最適な溶接施工条件としての溶接速度,レーザ出力及びスポット径を前記シールドガスの影響を加味したうえで選定して前記制御部に出力する構成としたことを特徴としており、この構成の補修用レーザ溶接装置を前述の課題を解決するための手段としている。
The invention according to
ここで、溶接施工後の好ましい断面形状における溶け込み深さHWLを構造部材の厚みtで除して表される形状指標HWL/tは、1.0となることが最も望ましいが、図2(a)に示すような亀裂残りの要因となる溶け込み不足を回避するためには、図2(b)に示すように、形状指標HWL/tを1.0以上に設定することが望ましく、溶け落ちのことを考慮して、形状指標HWL/tを1.1程度とすることが望ましい。 Here, the shape index H WL / t expressed by dividing the penetration depth H WL in the preferred cross-sectional shape after welding construction by the thickness t of the structural member is most preferably 1.0, but FIG. In order to avoid a lack of penetration that causes cracks to remain as shown in (a), it is desirable to set the shape index H WL / t to 1.0 or more, as shown in FIG. In consideration of melting, it is desirable that the shape index H WL / t is about 1.1.
また、本発明の請求項2に係る補修用レーザ溶接装置において、前記データベースは、前記補修箇所への入熱量をQ、レーザスポット面積をA、スポット径をφ、構造部材の厚みをtとした場合、適正な溶接施工条件としての溶接速度,レーザ出力及びスポット径を推定する回帰式Q/A=f(φ/t)を有している構成としている。この際、スポット径φは、亀裂の幅よりも大きく設定することが望ましい。
Further, in the repair laser welding apparatus according to
さらに、溶接施工条件によっては、補修箇所の吸収エネルギ(シャルピー衝撃試験における試験片の破壊に要するエネルギ)が低下して、すなわち、補修箇所のじん性が低下して、要求値を満たせない場合がある。 Furthermore, depending on the welding conditions, the energy absorbed at the repair location (energy required for breaking the specimen in the Charpy impact test) may be reduced, that is, the toughness of the repair location may be reduced and the required value may not be satisfied. is there.
そこで、補修箇所への入熱量が低下すると吸収エネルギが上昇する関係に基づいて、補修箇所の冷却速度が適正となるように溶接施工条件を決定する。具体的には、補修箇所に入熱制限を与えるべく、溶接速度,レーザ出力及びスポット径を決定することが望ましく、本発明の請求項3に係る補修用レーザ溶接装置において、前記データベースは、前記構造部材に生じている亀裂を補修するにあたって前記補修条件である溶接の姿勢,前記構造部材の厚み及び前記構造部材の材質に加えて施工後のじん性が入力されることで、該データベースに蓄積した前記溶接施工条件の中から、入力された前記補修条件の施工後のじん性改善に対応する最適な溶接施工条件として、前記補修箇所に入熱制限を与えるべく、溶接速度,レーザ出力及びスポット径を前記シールドガス及び冷却条件(自然冷却(大気に晒す冷却)や強制冷却(風や水等の流体を当てる冷却))の各影響を加味したうえで選定して前記制御部に出力する構成としている。
Therefore, based on the relationship that the absorbed energy increases when the amount of heat input to the repair location decreases, the welding conditions are determined so that the cooling rate of the repair location is appropriate. Specifically, it is desirable to determine a welding speed, a laser output, and a spot diameter in order to give a heat input restriction to a repair location. In the repair laser welding apparatus according to
さらにまた、本発明の請求項4に係る補修用レーザ溶接装置において、前記データベースには、溶接施工後の施工結果がフィードバックされてデータとして蓄積される構成としている。
Furthermore, in the repair laser welding apparatus according to
さらにまた、本発明の請求項5に係る補修用レーザ溶接装置は、前記補修箇所に減肉による凹み部がある場合において、前記凹み部に肉盛を行う肉盛手段を備えている構成としており、肉盛手段としては、ホットワイヤ溶接やアーク溶接を採用することができる。
Furthermore, the repair laser welding apparatus according to
本発明に係る補修用レーザ溶接装置において、レーザ発振器には、YAGレーザや半導体レーザの各発振器を用いるのが一般的であるが、これらのものに限定されない。 In the repair laser welding apparatus according to the present invention, it is common to use a YAG laser or a semiconductor laser as a laser oscillator, but the laser oscillator is not limited to these.
本発明に係る補修用レーザ溶接装置では、構造部材に生じている亀裂を補修するに際して、制御部に対して補修条件である溶接の姿勢(下向き溶接姿勢),構造部材の厚み及び構造部材の材質を入力すると、この入力した補修条件に対応する最適な溶接施工条件が、データベースに蓄積されている溶接施工条件の中から選りすぐられて、シールドガスの影響も加味されて制御部に出力される。 In the repairing laser welding apparatus according to the present invention, when repairing a crack generated in a structural member, the welding position (downward welding posture), the thickness of the structural member, and the material of the structural member are repair conditions for the control unit. Is input, the optimum welding conditions corresponding to the input repair conditions are selected from the welding conditions stored in the database, and the influence of the shielding gas is taken into consideration and output to the control unit.
そして、最適な溶接施工条件の溶接速度,レーザ出力及びスポット径を満たすべく、駆動部,レーザ発振器及びレーザヘッドが制御部によりコントロールされてそれぞれ作動するので、亀裂残りや溶け落ちのない溶接補修が簡単に成されることとなる。 In order to satisfy the welding speed, laser output and spot diameter of the optimum welding conditions, the drive unit, laser oscillator, and laser head are controlled by the control unit, respectively. It will be done easily.
また、本発明の請求項2に係る補修用レーザ溶接装置では、補修箇所への入熱量をQ、レーザスポット面積をA、スポット径をφ、構造部材の厚みをtとした場合において、溶接施工条件としての溶接速度,レーザ出力及びスポット径を推定(補間)する回帰式Q/A=f(φ/t)をデータベースが有しているので、より一層適正な溶接施工条件が提供されることとなる。
Further, in the repair laser welding apparatus according to
具体的には、図4に示すように、補修箇所への入熱量Q(J/mm)は、レーザ出力P(J/s)を溶接速度V(mm/s)で除して表すことができるので、図3に示す回帰式(回帰曲線)Q/A=f(φ/t)に基づいて、レーザ出力P及びスポット径φが決まれば、適正な溶接速度Vが求められることとなる。 Specifically, as shown in FIG. 4, the amount of heat input Q (J / mm) to the repair location can be expressed by dividing the laser output P (J / s) by the welding speed V (mm / s). Therefore, if the laser output P and the spot diameter φ are determined based on the regression equation (regression curve) Q / A = f (φ / t) shown in FIG. 3, an appropriate welding speed V is obtained.
さらに、本発明の請求項3に係る補修用レーザ溶接装置では、構造部材に生じている亀裂を補修するに際して、制御部に対して補修条件である溶接の姿勢(下向き溶接姿勢),構造部材の厚み及び構造部材の材質に加えて施工後のじん性を入力すると、この入力した補修条件の施工後のじん性改善に対応する最適な溶接施工条件が、データベースに蓄積されている溶接施工条件の中から選りすぐられて、シールドガスの影響及び自然冷却や強制冷却等の冷却条件の影響も加味されて制御部に出力される。
Further, in the repair laser welding apparatus according to
そして、施工後のじん性改善にも対応する最適な溶接施工条件として、補修箇所に入熱制限を与え得る溶接速度,レーザ出力及びスポット径を満たすように駆動部,レーザ発振器及びレーザヘッドが制御部によりコントロールされてそれぞれ作動するので、施工後の金属組織はじん性が良好な金属組織に改善されることとなる。 And, as the optimum welding conditions for improving toughness after construction, the drive unit, laser oscillator, and laser head are controlled so as to satisfy the welding speed, laser output, and spot diameter that can limit heat input to the repaired part. Therefore, the metal structure after construction is improved to a metal structure with good toughness.
さらにまた、本発明の請求項4に係る補修用レーザ溶接装置では、溶接施工後の施工結果をデータベースにフィードバックしてデータとして蓄積するようにしているので、より精度の向上した溶接施工条件を提供し得ることとなる。
Furthermore, in the repair laser welding apparatus according to
上記溶接施工後の施工の良否判定には、上記したように、溶接施工後の好ましい断面形状における溶け込み深さHWLを構造部材の厚みtで除して表される形状指標が用いられるが、溶接施工後の補修箇所に必要な疲労強度から決定される補修箇所の裏側における溶接ビードの形状や幅等に基づいて形状指標を管理することができる。 As described above, the shape index represented by dividing the penetration depth H WL in the preferred cross-sectional shape after the welding construction by the thickness t of the structural member is used for the quality determination of the construction after the welding construction. The shape index can be managed based on the shape and width of the weld bead on the back side of the repair location determined from the fatigue strength required for the repair location after welding.
ここで、施工後のじん性改善に係る上記溶接施工の妥当性は、吸収エネルギと硬さとの間に相関関係があることを用いて、補修箇所のビッカース硬さを計測することで評価することができる、すなわち、硬さを指標とした施工管理を行い得ることとなる。 Here, the adequacy of the above-mentioned welding construction related to toughness improvement after construction is evaluated by measuring the Vickers hardness of the repaired part using the correlation between absorbed energy and hardness. In other words, the construction management can be performed with the hardness as an index.
さらにまた、本発明の請求項5に係る補修用レーザ溶接装置では、肉盛を行う肉盛手段を備えているので、補修箇所に凹み部が存在する場合の亀裂補修にも対応し得ることとなる。
Furthermore, in the repair laser welding apparatus according to
本発明に係る補修用レーザ溶接装置によれば、例え下向き姿勢の補修溶接であったとしても、溶け落ちを回避しつつ簡単且つ確実に亀裂を消去することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 According to the laser welding apparatus for repair according to the present invention, even if it is repair welding in a downward posture, a very excellent effect that it is possible to easily and surely erase cracks while avoiding burn-through. Is brought about.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る補修用レーザ溶接装置を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a repair laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に概略的に示すように、この補修用レーザ溶接装置1は、既設構造物の鋼材(構造部材)Wに生じた亀裂Waを溶接により溶融させて消去するものであって、レーザ発振器2と、このレーザ発振器2から供給されるレーザ光Lを内蔵した光学系3により集光して亀裂Waが生じている補修箇所に照射するレーザヘッド4と、レーザ発振器2からのレーザ光Lをレーザヘッド4へ導く光ファイバ5と、レーザヘッド4を補修箇所に沿って移動させると共に補修箇所に接近離間させる駆動部6と、溶接速度,レーザ出力及びスポット径をコントロールする制御部7を備えており、この実施例では、レーザ光Lの焦点LFが鋼材Wの外部に位置するように設定されている。
As schematically shown in FIG. 1, this repair
また、この補修用レーザ溶接装置1において、溶接施工後の好ましい断面形状における溶け込み深さHWLを鋼材Wの厚みtで除して表される形状指標を有するデータベース8を備えており、形状指標HWL/tは、図2(a)に示す亀裂残りの要因となる溶け込み不足を回避するために、図2(b)に示すように、1.0以上に設定することが望ましく、より望ましくは、形状指標HWL/tを1.1程度とする。
Further, the repair
上記データベース8には、形状指標HWL/tに基づいて良好と判定される場合の補修条件である溶接の姿勢,鋼材Wの厚みt及び鋼材Wの材質と、この補修条件に対応する溶接施工条件としての溶接速度V,レーザ出力P,スポット径φ及びシールドガスの影響がデータとして蓄積されており、このデータベース8は、鋼材Wに生じている亀裂Waを補修するにあたって補修条件が入力されることで、データベース8に蓄積した溶接施工条件の中から、入力された補修条件に対応する最適な溶接施工条件としての溶接速度V,レーザ出力P及びスポット径φをシールドガスの影響を加味したうえで選定して制御部7に出力するようになっている。
The
この場合、データベース8は、補修箇所への入熱量をQ、レーザスポット面積をA、スポット径をφ、構造部材の厚みをtとした場合、適正な溶接施工条件としての溶接速度,レーザ出力及びスポット径を推定する回帰式Q/A=f(φ/t)を有しており、この回帰式Q/A=f(φ/t)を用いることで、より一層適正な溶接施工条件を出力することができるようになっている。
In this case, the
具体的には、図4に示すように、レーザ出力P(J/s)を溶接速度V(mm/s)で除すことで、補修箇所への入熱量Q(J/mm)を表すことができるので、図3に示す回帰式(回帰曲線)Q/A=f(φ/t)に基づいて、レーザ出力P及びスポット径φを決めることで、適正な溶接速度Vを求めることができるようになっている。なお、図3のグラフから、含まれる炭素が多い構造部材(SM400)及び含まれる炭素が少ない構造部材(SM400)のいずれの場合にもこの回帰式を用い得ることが判る、すなわち、構造部材(SM400)に含まれる炭素量の多少にかかわらず上記回帰式を用い得ることが判る。 Specifically, as shown in FIG. 4, by dividing the laser output P (J / s) by the welding speed V (mm / s), the amount of heat input Q (J / mm) to the repaired part is expressed. Therefore, an appropriate welding speed V can be obtained by determining the laser output P and the spot diameter φ based on the regression equation (regression curve) Q / A = f (φ / t) shown in FIG. It is like that. It can be seen from the graph of FIG. 3 that this regression equation can be used for both the structural member (SM400) containing a large amount of carbon and the structural member (SM400) containing a small amount of carbon. It can be seen that the above regression equation can be used regardless of the amount of carbon contained in SM400).
ここで、溶接施工条件によっては、補修箇所の吸収エネルギ(シャルピー衝撃試験における試験片の破壊に要するエネルギ)が低下して、すなわち、補修箇所のじん性が低下して、要求値を満たせない場合がある。 Here, depending on the welding conditions, the energy absorbed at the repair location (energy required for breaking the test piece in the Charpy impact test) decreases, that is, the toughness of the repair location decreases and the required value cannot be met. There is.
そこで、図8のグラフに示すように、補修箇所への入熱量Qが低下すると吸収エネルギが上昇する関係に基づいて、補修箇所の冷却速度が適正となるように溶接施工条件を決定するようにしている。 Therefore, as shown in the graph of FIG. 8, the welding conditions are determined so that the cooling rate of the repaired part becomes appropriate based on the relationship that the absorbed energy increases when the heat input Q to the repaired part decreases. ing.
具体的には、補修箇所に入熱制限を与えるべく、溶接速度V,レーザ出力P及びスポット径φをシールドガスの影響及び自然冷却や強制冷却等の冷却条件の影響を加味したうえで決定して制御部7に出力するようになっている。
Specifically, the welding speed V, laser output P, and spot diameter φ are determined in consideration of the effects of shielding gas and cooling conditions such as natural cooling and forced cooling in order to limit the heat input at the repair location. Are output to the
さらに、この補修用レーザ溶接装置1では、溶接施工後において形状指標HWL/tに基づいて施工の良否判定を行い、その結果をデータベース8にフィードバックしてデータとして蓄積するようにしている。
Further, in the repair
このように構成された補修用レーザ溶接装置1を用いて鋼材Wに生じている亀裂Waを補修するに際しては、制御部7に対して補修条件である溶接の姿勢(下向き溶接),鋼材Wの厚みt及び鋼材Wの材質(この場合は炭素鋼(SM400)とこの炭素鋼(SM400)よりも含まれる炭素の量が若干多い炭素鋼(C多SM400))を入力すると、図5のグラフに示すように、この入力した補修条件に対応する最適な溶接施工条件が、データベース8に蓄積されている溶接施工条件の中から形状指標HWL/t(≒1.1)に基づいて選定され、すなわち、X軸の入熱パラメータから最適なレーザ出力P及びスポット径φが決定されるのに続いて、適正な溶接速度Vが決定される。
When repairing the crack Wa generated in the steel material W using the repair
この際、データベース8には、図6のグラフに示すように、鋼材Wとして、含まれる炭素の量が少ない、例えば、厚みtが9mmの炭素鋼(C少SM400)及び厚みtが12mmの炭素鋼(C少SM400)は、入熱パラメータが100〜150(J/mm・mm)において傾きが少なく、溶接施工性が良好であることがデータとして蓄積されている。つまり、ステンレス鋼(SUS)及び炭素鋼(SM400)のように材質が異なる場合と同様に、同じ炭素鋼でも含まれる炭素の量の違いにより、施工性が異なることが鋼材Wの材質の影響を考慮するデータとして蓄積されている。
At this time, as shown in the graph of FIG. 6, the
また、データベース8には、補修条件であるシールドガスの有無の影響を考慮するデータも蓄積されており、図7のグラフに示すように、含まれる炭素の量が中位、例えば、厚みtが9mmの炭素鋼(C中SM400)の場合には、シールドガスの有無の影響が大であり、含まれる炭素の量が多い、例えば、厚みtが9mmの炭素鋼(C多SM400)の場合には、シールドガスの有無の影響が小さいことがデータとして蓄積されている。
The
次いで、補修箇所への入熱量をQ、レーザスポット面積をA、スポット径をφ、構造部材の厚みをtとした場合の回帰式Q/A=f(φ/t)を用いることで、より一層適正な溶接施工条件としての溶接速度,レーザ出力及びスポット径が推定(補間)され、シールドガスの影響も加味されて制御部7に出力される。
Next, by using the regression equation Q / A = f (φ / t) where Q is the amount of heat input to the repair site, A is the laser spot area, φ is the spot diameter, and t is the thickness of the structural member, The welding speed, laser output, and spot diameter as further appropriate welding conditions are estimated (interpolated), and the influence of the shielding gas is taken into consideration and output to the
この実施例では、制御部7に対して溶接の姿勢(下向き溶接),鋼材Wの厚みt及び鋼材Wの材質に加えて施工後のじん性を入力すると、この入力した補修条件の施工後のじん性改善に対応する最適な溶接施工条件が、データベース8に蓄積されている溶接施工条件の中から選りすぐられて、シールドガスの影響及び自然冷却や強制冷却等の冷却条件の影響も加味されて制御部7に出力される。
In this embodiment, if the post-construction toughness is input to the
そして、施工後のじん性改善にも対応する最適な溶接施工条件として、補修箇所に入熱制限を与え得る溶接速度,レーザ出力及びスポット径を満たすべく、駆動部6,レーザ発振器2及びレーザヘッド4の光学系3が制御部7によりコントロールされてそれぞれ作動して溶接施工が成される。
In order to satisfy welding speed, laser output, and spot diameter that can limit heat input to the repair location, the
この溶接施工の後に、形状指標HWL/tに基づく溶接施工の良否判定が成され、その結果がデータベース8にフィードバックされてデータとして蓄積される。
After this welding operation, the quality determination of the welding operation based on the shape index H WL / t is made, and the result is fed back to the
また、施工後のじん性改善に係る上記溶接施工の妥当性が、図9に示すように、吸収エネルギと硬さとの間に相関関係があることを用いて、補修箇所のビッカース硬さを計測することで評価される。例えば、補修箇所のビッカース硬さが247(HV)である場合には、補修箇所の吸収エネルギが約27(J)であると評価することができる。 In addition, as shown in FIG. 9, the validity of the above-mentioned welding construction related to toughness improvement after construction is correlated between absorbed energy and hardness, and the Vickers hardness of the repaired part is measured. It is evaluated by doing. For example, when the Vickers hardness at the repair location is 247 (HV), it can be evaluated that the absorbed energy at the repair location is approximately 27 (J).
上記したように、この実施形態の補修用レーザ溶接装置1では、鋼材Wの亀裂Waを補修する場合、制御部7に補修条件としての溶接の姿勢(下向き溶接),鋼材Wの厚みt及び鋼材Wを入力すれば、この入力した補修条件に対応する最適な溶接施工条件が、データベース8に蓄積されている溶接施工条件の中から選定されて、シールドガスの影響も加味されて制御部7に出力され、最適な溶接施工条件の溶接速度V,レーザ出力P及びスポット径φを満たすように、駆動部6,レーザ発振器2及びレーザヘッド4が制御部7からの指令を受けて各々作動することから、亀裂残りや溶け落ちのない溶接補修が簡単に成されることとなる。
As described above, in the repair
また、この実施形態の補修用レーザ溶接装置1では、溶接施工条件としての溶接速度V,レーザ出力P及びスポット径φを推定(補間)する回帰式Q/A=f(φ/t)をデータベース8が有しているので、より一層適正な溶接施工条件が提供されることとなる。
In the repair
さらに、この実施形態の補修用レーザ溶接装置1において、制御部7に対して溶接の姿勢(下向き溶接),鋼材Wの厚みt及び鋼材Wの材質に加えて施工後のじん性を入力すれば、この入力した補修条件の施工後のじん性改善に対応する最適な溶接施工条件が、データベースに蓄積されている溶接施工条件の中から選りすぐられて、シールドガスの影響及び自然冷却や強制冷却等の冷却条件の影響も加味されて制御部7に出力される。
Further, in the repair
そして、施工後のじん性改善にも対応する最適な溶接施工条件として、補修箇所に入熱制限を与え得る溶接速度,レーザ出力及びスポット径を満たすように、駆動部6,レーザ発振器2及びレーザヘッド4の光学系3が制御部7によりコントロールされてそれぞれ作動するので、施工後の金属組織はじん性が良好な金属組織に改善されることとなる。
And, as the optimum welding construction conditions corresponding to the improvement of toughness after construction, the
さらにまた、この実施形態の補修用レーザ溶接装置1において、補修箇所のビッカース硬さを計測することで、施工後のじん性改善に係る上記溶接施工の妥当性を評価することができるので、硬さを指標とした施工管理を行い得ることとなる。
Furthermore, in the repair
さらにまた、この実施形態の補修用レーザ溶接装置1において、溶接施工後の施工結果をデータベース8にフィードバックしてデータとして蓄積するようにしているので、亀裂Waの補修溶接施工を繰り返すにしたがって、より高精度の溶接施工条件が提供されることとなる。
Furthermore, in the repair
図10は、本発明の他の実施形態に係る補修用レーザ溶接装置を示している。 FIG. 10 shows a repair laser welding apparatus according to another embodiment of the present invention.
図10に概略的に示すように、この補修用レーザ溶接装置1は、補修箇所に減肉による凹み部Wbがある場合において、この凹み部Wbに肉盛を行う肉盛手段としてのホットワイヤ溶接機構10を備えており、他の構成は、先の実施形態に係る補修用レーザ溶接装置1と同じである。
As schematically shown in FIG. 10, this repair
ホットワイヤ溶接機構10は、ワイヤ供給ドラム11と、ワイヤホルダ12と、ワイヤ溶接電源13を備えている。ワイヤ供給ドラム11は、ワイヤホルダ12に対して溶接ワイヤFWを連続して供給する。ワイヤ溶接電源13は、溶接ワイヤFWに通電して溶融させることで、凹み部Wbに肉盛を行うようになっている。
The hot
この補修用レーザ溶接装置1では、補修箇所の表面が、例えば錆びている場合において、この錆を除去するべく敢えて形成した凹み部Wbの亀裂補修や、補修箇所の表面が腐食により減肉して凹み部Wbができている状況での亀裂補修にも対応し得ることとなる。
In the
上記した実施形態では、補修用レーザ溶接装置1を下向き姿勢の溶接に用いた場合を示したが、溶接の姿勢は下向き姿勢に限定されるものではなく、補修用レーザ溶接装置1を、例えば横向き姿勢の溶接に用いることが当然可能である。
In the above-described embodiment, the case where the repair
本発明に係る補修用レーザ溶接装置の構成は、上記した実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 The configuration of the repair laser welding apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
1 補修用レーザ溶接装置
2 レーザ発振器
4 レーザヘッド
6 駆動部
7 制御部
8 データベース
10 ホットワイヤ溶接機構(肉盛手段)
L レーザ光
W 鋼材(構造部材)
Wa 亀裂
Wb 凹み部
DESCRIPTION OF
L Laser light W Steel (Structural member)
Wa Crack Wb Depression
Claims (5)
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から供給されるレーザ光を集光して前記亀裂が生じている補修箇所に照射するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドを前記補修箇所に沿って移動させる駆動部と、
溶接速度,レーザ出力及びスポット径をコントロールする制御部と、
溶接施工後の好ましい断面形状における溶け込み深さを前記構造部材の厚みで除して表される形状指標を有するデータベースを備え、
前記データベースには、前記形状指標に基づいて良好と判定される場合の補修条件である溶接の姿勢,前記構造部材の厚み及び前記構造部材の材質と、この補修条件に対応する溶接施工条件としての溶接速度,レーザ出力,スポット径及びシールドガスの影響がデータとして蓄積され、
前記データベースは、前記構造部材に生じている亀裂を補修するにあたって前記補修条件が入力されることで、該データベースに蓄積した前記溶接施工条件の中から、入力された前記補修条件に対応する最適な溶接施工条件としての溶接速度,レーザ出力及びスポット径を前記シールドガスの影響を加味したうえで選定して前記制御部に出力する
ことを特徴とする補修用レーザ溶接装置。 A laser welding apparatus for repair that melts and erases a crack generated in a structural member of an existing structure by welding,
A laser oscillator;
A laser head for condensing the laser beam supplied from the laser oscillator and irradiating the repaired part where the crack is generated;
A drive unit for moving the laser head along the repair location;
A control unit for controlling the welding speed, laser output and spot diameter;
A database having a shape index represented by dividing the penetration depth in a preferable cross-sectional shape after welding construction by the thickness of the structural member,
In the database, as a welding condition corresponding to this repair condition, the attitude of welding, the thickness of the structural member and the material of the structural member, which are repair conditions when determined to be good based on the shape index The effects of welding speed, laser output, spot diameter and shielding gas are accumulated as data,
In the database, the repair condition is input when repairing a crack generated in the structural member, so that the optimum condition corresponding to the input repair condition is selected from the welding conditions stored in the database. A repair laser welding apparatus, wherein welding speed, laser output, and spot diameter as welding conditions are selected in consideration of the influence of the shielding gas and output to the control unit.
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